塿土中氮肥对外源重金属铅形态分布的影响

傅成诚，李文举，刘荣

（贵州省环境监测中心站，贵州贵阳550081）

塿土中氮肥对外源重金属铅形态分布的影响

傅成诚，李文举，刘荣

（贵州省环境监测中心站，贵州贵阳550081）

以塿土为研究对象，采用改进后Tessier法研究不同剂量氮肥施入塿土后对其中外源重金属铅的影响规律。结果表明：尿素及硫酸铵施入后，塿土中交换态Pb所占比例随时间迁移呈先降后升的趋势，其所占比例与土壤pH呈显著负相关。同时，尿素及硫酸铵施入后，短期（约28d）内可对其中Pb起到钝化作用，其中最高可钝化塿土中Pb总含量的11.82%以上。

塿土；重金属；铅；形态转化

土壤重金属污染问题日益严重，为了保护生态环境和人群健康，对重金属污染进行治理已迫在眉睫。大量研究表明，重金属在土壤中的赋存形态直接决定其生物有效性及对生态环境的危害程度。因此，研究重金属的环境效应，必须研究其在土壤中的形态及形态转化过程的动态变化。

国内外有关影响土壤重金属形态的研究多集中在土壤粒径分布、土壤酸碱度、土壤有机质、土壤外界条件变化（如施加石灰、白云石）等影响因素方面［1-9］，而对于化肥尤其是其中氮肥的影响报道相对较少。

鉴于此，我们通过研究尿素及硫酸铵的施入对外源重金属Pb赋存形态的影响规律，摸清不同剂量氮肥施入后土壤重金属Pb有效性的变化规律，将为重金属污染塿土中施肥量的选择提供科学依据。

1 实验部分

1.1 样品采集与制备

供试土壤为采自西安市东郊白鹿原未受污染的塿土，基本理化性质如表1所示。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 试验方法

在受试土壤（干土）中分别加入粉末状PbSO4（分析纯），使其在土壤中含量达到约5 000 mg/kg。试验期间对土样适时加入去离子水，使其含水率与受试土壤区土壤含水率（约为21%）保持一致，同时保持土壤所处外界温度为25℃。加入不同浓度的尿素及硫酸铵（见表2），以使低剂量时土壤含氮量为100 mg/kg，中剂量时土壤含氮量为200 mg/kg，高剂量时土壤含氮量为400 mg/kg。自加入尿素当日起，每隔7d取土50g（干重），连续取样7次。

表2 土样中注入尿素剂量

1.3 分析方法

综合比较多种重金属形态提取方法后［10-12］，本研究采用改进后Tessier法作为本试验形态分级提取法。本研究分析试验中加标回收率为92%～109%。分析仪器为AA800原子吸收光谱仪。具体步骤如下。

1.3.1 交换态和水溶态的提取（以下简称交换态）

称取少量（约1g，精确至0.001g）土壤样品放入50mL的离心管中，加入8mL MgCl2（1mol/L）溶液，温度20℃左右条件下，恒温振荡30min，离心后取上清液待测。

1.3.2 碳酸盐结合态和专性吸附态的提取（以下简称碳酸盐结合态）

向上述残余物中加入8mL NaOAc（1mol/L，pH 为5），在温度为20℃左右条件下，恒温振荡30min，离心后取上清液待测。

1.3.3 铁锰氧化物结合态的提取

向上述残余物中加入盐酸羟胺溶液（1mol/L，pH为5）20mL并称量记录其重量，然后在温度为96℃条件下，置于水浴振荡器中恒温3h。样品取出冷却至室温后再次称量其重量，并用上述溶液补充失去重量，最后离心取上清液待测。

1.3.4 有机结合态的提取

向铁锰氧化物结合态提取后残余物中加入3mL HNO3（0.02mol/L）和5mL H2O2［30%（V/V），pH值为2］溶液，在温度为85℃的水浴恒温振荡器振荡1.5h后，再加入3mL HNO3和5mL H2O2［30%（V/V），pH值为2］溶液，并在温度为85℃的水浴恒温振荡器振荡1.5h；冷却至25℃左右后加入5mL的NH4OAc之HNO3［20%（V/V）］溶液，再加入2mL去离子水，连续振荡30min，离心分离后取上清液待测。

1.3.5 残渣态

利用差减法计算残渣态含量，即土样中重金属总量减去其他四种形态重金属含量，剩余量为残渣态含量。

2 结果与讨论

2.1 施入不同剂量氮肥后土壤pH的变化

实验施入不同剂量氮肥后土壤pH的变化如图1所示。

图1 不同剂量尿素及硫酸铵施入后Pb污染土壤pH的变化

与前人研究结论相似，本试验中不同剂量尿素及硫酸铵施入Pb污染土壤后能使土壤pH不同程度降低。由图1可见，随尿素及硫酸铵施入时间的迁移，土壤pH先呈逐渐降低的趋势，但在28d后基本不发生变化，可认为达到动态的平衡，此时其pH值都由原土样的7.87降至7.15左右。在施入后42d内，Pb污染土壤pH下降幅度与这两种氮肥剂量相关：随尿素施入剂量增高，土壤pH降低幅度减小；与之相反，不同剂量硫酸铵施入后土壤pH下降幅度相对较小。这一结果与Eriksson［13］等得出的结论相同。尿素及硫酸铵引起土壤pH下降的原因主要包括两方面：一是可溶性Pb盐注入后能使土壤pH下降；二是尿素及硫酸铵施入后，经水解产生的铵在有氧的条件下发生硝化作用，从而使土壤pH显著降低。

2.2 施入不同剂量氮肥后土壤中交换态Pb变化

实验施入不同剂量氮肥后土壤中交换态Pb的变化如图2所示。

图2 不同剂量尿素及硫酸铵施入后交换态Pb所占百分比变化

从图2可见，污染土壤中交换态Pb在两种化肥施入前后所占比例都非常小。Tu等［14］认为尿素（200mg N/kg）显著降低了土壤中Pb交换态的含量，本研究得出的结果与之相近，不同剂量尿素及硫酸铵施入后，先使土壤中交换态Pb所占比例骤降，然后随时间迁移其百分比逐渐升高，并在21d后开始超过空白样中交换态百分比，49d后除高剂量尿素施入土样外，其余样品交换态比例均超过空白样，且都达到7%左右，较空白样增加了约0.6%。其中，交换态增高比例与尿素施入量呈反比，如图2所示。对比土样中pH的变化可得出，Pb污染土壤中，土样pH与可溶态Pb所占百分比呈显著负相关，即土壤酸度越大，其中可溶态Pb所占比例就越大。

2.3 施入不同剂量氮肥后土壤中碳酸盐结合态Pb变化

实验施入不同剂量氮肥后土壤中碳酸盐结合态Pb的变化如图3所示。

图3 不同剂量尿素及硫酸铵施入后碳酸盐结合态Pb所占百分比变化

从图3可见，不同剂量尿素及硫酸铵施入后，土壤中碳酸盐结合态Pb含量将发生变化，如图3所示，其变化幅度与施入化肥剂量无明显关系。结合土壤pH变化可以看出，土壤中碳酸盐结合态Pb与其pH呈显著正相关，其中，不同剂量硫酸铵施入后，其所占百分比均小于空白样中比例；而尿素施入后，尤其是中剂量尿素施入后能使其百分比高于其空白样中比例，且在14d及49d时达到最高，分别比空白样百分比高出11.23%和11.50%。

2.4 施入不同剂量氮肥后土壤中残渣态Pb变化

实验施入不同剂量氮肥后土壤中残渣态Pb的变化如图4所示。

图4 不同剂量尿素及硫酸铵施入后残渣态Pb所占百分比变化

从图4可见，不同剂量尿素及硫酸铵施入后，土壤中残渣态Pb所占百分比呈先增后减的趋势。由图4可以看出，两种氮肥施入14d内残渣态Pb所占百分比均高于空白样，其中低剂量硫酸铵施入7d后使该态所占百分比达到35.33%。施入化肥21d后除低剂量及中剂量尿素处理情况外，其余条件处理后土壤中残渣态Pb均低于空白样。施入化肥28d后残渣态含量达到动态平衡，此时所占百分比均在17%左右，比空白样低近6%。

3 结论

研究总体表明，尿素及硫酸铵的施入在短期内对重金属污染土壤中的Pb存在较明显的钝化作用。其中，低剂量硫酸铵施入后钝化作用明显，最高可钝化土壤Pb总含量的11.82%。由此可以得出，适量施入硫酸铵后，短期内对改善重金属Pb污染土壤的生态风险将起到积极作用。

（1）尿素及硫酸铵施入后，对塿土中Pb赋存形态分布存在较大影响。其中，塿土中交换态Pb所占比例随时间迁移呈先降后升的趋势，其所占比例与土壤pH呈显著负相关。

（2）碳酸盐结合态Pb与土壤pH呈明显正相关。残渣态Pb呈先升后降趋势，与土壤pH无明显关系。

（3）尿素及硫酸铵施入重金属污染塿土后，短期（约28d）内可对其中Pb起到钝化作用，其中最高可钝化塿土中Pb总含量的11.82%以上。

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Effect of Nitrogen Fertilizer on Lou Soil Heavy Metal Lead Speciation and Distribution of Exogenous

Fu Cheng-cheng, Li Wen-ju, Liu Rong
(Guizhou Province Enviromental Monitoring Centre, Guizhou Guiyang 550081)

On loess soil as the research object, using the improved Tessier method to study the effects of different doses of nitrogen Rulou soil influence of the exogenous heavy metal lead. The results showed that urea and ammonium sulfate fertilizer was applied, in Lou soil exchange Pb proportion with time migration showed a trend of decreased first and then increased, its share of proportion and pH had a significant negative correlation. Urea and ammonium sulphate fertilizer was applied, the short term (about 28 days) could be passivation effect on Pb, of which the maximum passivation in Lou soil total Pb content of 11.82% above.

Lou soil; Heavy metals; Lead; Form distribution

X131.3

A

2096-0387（2016）04-0021-04

傅成诚（1985-），男，贵州毕节人，硕士，工程师，研究方向：环境监测。